Cổng logic kỹ thuật số là đơn vị cơ bản trong mạch kỹ thuật số được sử dụng để thực hiện các phép toán logic trên đầu vào nhị phân. (không và một) để tạo ra đầu ra nhị phân. Các cổng này triển khai các hàm Boolean và sử dụng các mạch kỹ thuật số phức tạp hơn. Các cổng này có thể được kết nối theo nhiều cách khác nhau để thực hiện các chức năng số học, điều khiển và bộ nhớ. Nó cho phép tạo ra bộ xử lý, bộ nhớ và các thiết bị kỹ thuật số khác. Ngoài ra, hãy đọc về các bóng bán dẫn được sử dụng để tạo ra các cổng logic này.

Có một số loại cổng logic được liệt kê trong bài viết sau:

Cổng logic cơ bản

Các cổng logic cơ bản như sau:

1. NOT gate
2. AND gate
3. OR gate
4. XOR gate

NOT gate

Cổng NOT, còn gọi là cổng đảo, là cổng logic kỹ thuật số cơ bản thực hiện phép phủ định logic của đầu vào. Nói một cách đơn giản, cổng này nhận tín hiệu đầu vào và tạo ra tín hiệu đầu ra ngược lại (bổ sung) với tín hiệu đầu vào.

Nguyên lý hoạt động:

1. Nếu đầu vào của cổng NOT là logic cao (1), đầu ra sẽ là logic thấp (0).
2. Nếu đầu vào của cổng NOT là mức logic thấp (0), đầu ra sẽ là mức cao (1).

Biểu tượng cổng NOT thường là một hình tam giác có một vòng tròn nhỏ bao quanh. Nằm ở phía đầu vào Biểu thị sự phủ nhận Cổng này quan trọng trong thiết kế mạch số. Điều này là do nó cho phép thực hiện các phép toán logic như đảo ngược, rất quan trọng trong việc tạo ra các mạch phức tạp hơn.

AND gate

Cổng AND là một cổng logic kỹ thuật số cơ bản khác chỉ tạo ra tín hiệu đầu ra khi tất cả các đầu vào của nó đều CAO (1 hoặc Đúng).

‍

Nguyên lý hoạt động:

1. Nếu cả hai đầu vào của cổng AND đều cao (1), đầu ra sẽ cao (1).
2. Nếu bất kỳ đầu vào nào của cổng AND là THẤP (0), đầu ra cũng sẽ là THẤP (0).

Biểu tượng cổng AND thường bao gồm hình dạng có hai đầu vào và một đầu ra, thường có hình chữ D hoặc hình nêm. Trong thiết kế mạch kỹ thuật số, cổng AND rất cần thiết để kết hợp nhiều tín hiệu sao cho đầu ra chỉ ở mức logic cao khi tất cả các đầu vào đều ở mức logic cao. Cổng AND đóng vai trò cơ bản trong việc xây dựng các phép toán logic và mạch xử lý dữ liệu.

NAND gate

Cổng NAND là cổng logic kỹ thuật số điều khiển phép toán NAND và AND, tạo ra kết quả ngược lại với phép toán AND. Nói cách khác, cổng NAND chỉ xuất ra mức cao (1) nếu ít nhất một trong các đầu vào của nó ở mức thấp (0).

Nguyên lý hoạt động:

1. Nếu cả hai đầu vào của cổng NAND đều cao (1), đầu ra sẽ thấp (0).
2. Nếu bất kỳ đầu vào nào của cổng NAND là THẤP (0), đầu ra là CAO (1).

Biểu tượng của cổng NAND tương tự như cổng AND, nhưng có một vòng tròn nhỏ. (Thay vì thao tác NOT) Ở đầu ra thường có 2 đầu vào và 1 đầu ra.

Cổng NAND là nền tảng cơ bản cho thiết kế mạch kỹ thuật số. Và nó thường được sử dụng để tạo ra các hàm logic phức tạp hơn vì tính linh hoạt của nó. Trên thực tế Các hàm logic khác Có thể thực hiện được chỉ bằng cách sử dụng cổng NAND, khiến cổng NAND trở thành nền tảng trong thiết kế logic kỹ thuật số.

OR gate

Cổng OR là cổng logic kỹ thuật số cơ bản thực hiện phép toán OR logic, trong đó nó tạo ra tín hiệu đầu ra khi ít nhất một trong các đầu vào của nó ở mức cao (1).

Nguyên lý hoạt động:

1. Nếu một hoặc cả hai đầu vào của cổng OR ở mức cao (1), đầu ra sẽ ở mức cao (1).
2. Đầu ra sẽ ở mức THẤP (0) chỉ khi cả hai đầu vào đều ở mức THẤP (0).

Biểu tượng của cổng OR thường bao gồm hình dạng có hai đầu vào và một đầu ra, tương tự như cổng AND. Tuy nhiên, hình dạng thường cong hơn là thẳng. Biểu diễn phép toán OR

Cổng OR rất cần thiết trong thiết kế mạch kỹ thuật số để kết hợp nhiều tín hiệu theo cách mà đầu ra là đúng nếu ít nhất một trong các đầu vào là đúng. Cổng OR được sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Bao gồm trong logic số học Hệ thống xử lý dữ liệu và điều khiển

NOR gate

Cổng NOR là cổng logic kỹ thuật số cơ bản thực hiện phép toán logic NOR (NOT-OR). Cổng này chỉ tạo ra tín hiệu đầu ra khi cả hai đầu vào đều THẤP (0).

Nguyên lý hoạt động:

• Nếu cả hai đầu vào của cổng NOR đều THẤP (0), đầu ra sẽ CAO (1).
• Nếu một hoặc cả hai đầu vào của cổng NOR ở mức cao (1), đầu ra ở mức thấp (0).

Biểu tượng của cổng NOR thường trông giống cổng OR với một vòng tròn nhỏ. Nó ở đầu ra. Biểu thị hành động từ chối.

Vì cổng NOR có tính linh hoạt nên nó được sử dụng rộng rãi trong thiết kế mạch kỹ thuật số. Thường được sử dụng kết hợp với các cổng khác. Nó có thể được sử dụng để tạo ra nhiều hàm logic khác nhau và đặc biệt hữu ích trong những tình huống phải xem xét nhiều đầu vào cùng lúc.

XNOR gate

Cổng XNOR, hay cổng NOR chuyên dụng, là cổng logic kỹ thuật số tạo ra đầu ra cao khi cả hai đầu vào bằng nhau. (cả cao hoặc thấp) Dành cho nhiều hơn hai cổng XNOR đầu vào. Nếu đầu vào cao thì đầu ra sẽ có giá trị cao.

Nguyên lý hoạt động:

1. Nếu cả hai đầu vào của cổng XNOR đều bằng nhau (cả hai đều cao hoặc cả hai đều thấp), đầu ra là logic cao (1).
2. Nếu đầu vào của cổng XNOR khác nhau (CAO và THẤP), đầu ra sẽ là mức logic thấp (0).

Cổng XNOR về cơ bản thực hiện hoạt động ngược lại với cổng XOR. Cổng XNOR về cơ bản là một cổng XOR theo sau bởi một cổng NOT. Biểu tượng của cổng XNOR thường trông giống như cổng XOR với một vòng tròn nhỏ. Nó ở đầu ra. Biểu thị thao tác loại bỏ. Cổng XNOR thường được sử dụng trong các ứng dụng thiết kế mạch kỹ thuật số. Điều này bao gồm việc so sánh hai giá trị nhị phân hoặc sử dụng flip-flop và chốt.

XOR gate

Cổng XOR, hay gọi tắt là cổng Exclusive OR, là một cổng logic kỹ thuật số cơ bản chỉ tạo ra đầu ra cao (1) khi số đầu vào cao là số lẻ.

Nguyên lý hoạt động:

1. Nếu số lượng đầu vào cao là lẻ thì đầu ra sẽ cao (1).
2. Nếu số lượng đầu vào là số chẵn thì đầu ra sẽ là số thấp (0).

Nói cách khác:

1. Nếu hai đầu vào của cổng XOR khác nhau (một đầu vào cao và đầu ra thấp), đầu ra sẽ cao (1).
2. Nếu cả hai đầu vào của cổng XOR đều bằng nhau (cả hai đều cao hoặc cả hai đều thấp), đầu ra sẽ thấp (0).

‍

Biểu tượng của cổng XOR thường bao gồm hình dạng có hai đầu vào và một đầu ra. và thường có hình dạng giống chữ "X" với một đường cong tại giao điểm.

Cổng XOR được sử dụng rộng rãi trong thiết kế mạch kỹ thuật số cho nhiều ứng dụng khác nhau. Bao gồm các phép toán, phát hiện lỗi và mã hóa dữ liệu, cổng XOR là thành phần cơ bản trong việc xây dựng hệ thống số và rất cần thiết trong nhiều thiết bị và hệ thống điện tử.

Cổng logic hoạt động như thế nào?

Các mức điện áp khác nhau biểu thị trạng thái nhị phân cao hoặc thấp trong mạch kỹ thuật số. Thông thường, trong hầu hết các cổng logic, thanh ghi trạng thái thấp sẽ xấp xỉ bằng 0 vôn (0 V), trong khi trạng thái cao sẽ đo được xấp xỉ +5V hoặc +3,3V cộng thêm.

Cổng logic được cấu tạo bằng điện trở, bóng bán dẫn hoặc điốt. Điện trở thường hoạt động như điện trở kéo lên hoặc kéo xuống. Các điện trở này được sử dụng khi các đầu vào chưa sử dụng của cổng logic cần được kết nối với mức logic 1 hoặc 0 để tránh việc chuyển đổi cổng vô tình. Điện trở kéo lên được kết nối với Vcc (+5V), trong khi điện trở kéo xuống được kết nối với đất (0 V).

Hai loại cổng logic phổ biến nhất là TTL (Transistor-Transistor Logic) và CMOS (Metal Oxide-Silic bổ sung). IC TTL sử dụng bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực NPN và PNP, thường thấy trong các chip dòng 7400. IC CMOS được chế tạo từ bóng bán dẫn hiệu ứng trường MOSFET hoặc JFET thường được dán nhãn trong chip dòng 4000.

Số IC của cổng logic

‍